España y la física del siglo XXI

30 junio 2002

"En ciencia las cosas nunca son totalmente verdad, sino que están más o menos cerca de ella", nos dice el físico de Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) Álvaro de Rújula, colaborador del premio Nobel Sheldon Glashow y, hoy por hoy, uno de los más destacados investigadores en uno de los campos que más dará de qué hablar en las próximas décadas, la astrofísica de altas energías o astropartículas.
Es cierto. No hay periodo más emocionante en la ciencia que aquél en el que, después de décadas de estancamiento y desconcierto, un puñado de datos y hechos fenomenológicos, en principio inconexos, se enlazan con alguna extraña idea y terminan provocando un espectacular vuelco en nuestro conocimiento de la naturaleza. Pasó con la revolución de las esferas celestes de Copérnico, quien solía cocinar una elaborada, extravagante y energética versión de sopa de gato para mantenerse en forma. Lo mismo aconteció con Kepler, Galileo y Newton, quienes también se las arreglaron para sobrevivir a sus enemigos. Sucedió en 1830, cuando Michael Faraday demostró que la electricidad y el magnetismo tenían en común una fuerza intrínseca. Faraday pasó el resto de sus días buscando demostrar que el electromagnetismo también está ligado a la gravedad, que Newton había descrito en términos matemáticos 150 años atrás. No lo consiguió y nadie lo ha logrado hasta ahora. Pasó también en 1905, cuando Albert Einstein dio a conocer su famosa ecuación E = mc², apenas advertida por la mayoría de los científicos en ese entonces. Y no es que ignoraran las ideas brillantes y los asombrosos descubrimientos de Antoine Lavoisier, Faraday y James C. Maxwell, entre otros; simplemente no tenían idea de que la materia y la energía pudieran ser parte de una misma ecuación.
     Hacia finales del siglo XIX los científicos celebraban triunfalmente el poder de su método y la mayoría investigaba sobre temas que hubieran aburrido al mismo Newton en su época. Creían tener una respuesta a todas las preguntas esenciales sobre la naturaleza y el universo que habitamos; cincuenta años después nadie pensaba que una sola de esas cuestiones tuviera una respuesta razonablemente satisfactoria. Con el triunfo del atomismo y la explicación del comportamiento cuántico surgieron nuevas dudas. Fue una época fascinante que ofreció descubrimientos en ambos lados de la escalera del universo, hacia lo infinitamente grande del cosmos y hacia lo increíblemente pequeño dentro del átomo.
     A mediados del siglo XX, gracias al maestro del histrionismo y brillante físico Richard P. Feynman, así como al trabajo posterior de Abdus Salam, Steven Weinberg y Sheldon Glashow, una vez más se conjugaron los datos experimentales, las ideas descabelladas y los fenómenos de la realidad. Conforme el Modelo Estándar de la materia, que explica la naturaleza y el comportamiento de la materia y la energía en todo el universo, fue consolidándose desde la psicodélica década de 1960 hasta el frenético final del siglo XX, los físicos disfrutaron horneando, cortando y probando el pan de Leucipo y su alumno Demócrito en laboratorios llamados aceleradores de partículas.
     El griego Leucipo creía que si uno cortaba un pan en rebanadas cada vez más pequeñas llegaría a un punto indivisible, y a ése lo llamó átomo. 2.500 años más tarde se encontró que, en efecto, el átomo existía, pero que también podía desmenuzarse en protones y neutrones orbitados por electrones, y que los dos primeros contenían, a su vez, entidades primarias que llamamos quarks. Nadie ha detectado un quark solo, pues aparecen en tríos, ni se han podido descomponer, a su vez, en ingredientes más esenciales. Así que para entender de qué estaban hechos la sopa de Copérnico y el pan de Leucipo se construyeron aceleradores de partículas.
     Como nos explica Juan Antonio Rubio, decano de la física española en el CERN, "para ver las partes fundamentales que componen la materia y entender su naturaleza es necesario enviar haces de luz con longitudes de onda más pequeños que nuestro objetivo. Dado que las partes constituyentes de la materia son extremadamente pequeñas, para verlas es necesario emplear una enorme energía que es inversamente proporcional al tamaño de la partícula que deseamos mirar". Por eso se construyen aceleradores cada vez más grandes. El primero fue terminado en 1930 y medía unos cuantos centímetros; hoy los radios de los anillos de Fermilab, cerca de Chicago, y del CERN, en las afueras de Ginebra, suman varios kilómetros cada uno y sus túneles llegan a alcanzar los cien metros de profundidad.
     No sin razón, durante los últimos cuarenta años estos sitios con sus monumentales detectores de elusivas e ínfimas subpartículas atómicas fueron considerados catedrales de la ciencia. Ahora son fábricas de partículas con nombres enigmáticos y evocadores: hadrones y leptones, antimateria y neutrinos, cuya derrama tecnológica es abundante. El problema es que casi cualquier fenómeno en el cosmos y en el interior del átomo tienen explicación en términos del Modelo Estándar. Como dice De Rújula, "todo encaja demasiado bien". Al no poder más que confirmar sus predicciones y ofrecer una física un tanto esotérica, este campo cayó en franca crisis. El conocido escritor científico y editor de Scientific American John Horgan lo ha llamado "el fin de la ciencia". Los paradigmas que postula este modelo, una "teoría de casi todo", son cariátides tan antiguas como la luz y tan sólidas como el vacío mismo. Entonces, ¿hay algo que hacer? ¿Hay ideas frescas que puedan empezar a integrarse con un puñado de datos y generar una nueva revolución en la física? ¿Hay algo más allá del Modelo Estándar?
     "Sí", afirma Enrique Fernández, director del Instituto de Física de Altas Energías. "Los experimentos de neutrinos atmosféricos y solares nos han dejado claro que éstos oscilan, y si lo hacen es que tienen masa, lo cual va más allá de lo que predice el Modelo Estándar. El hecho es que esta teoría tiene demasiados parámetros y aspectos que no se sabe por qué funcionan tan bien. Tiene que haber una razón detrás, y todo el mundo confía en que esto se empiece a revelar en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el nuevo acelerador que han empezado a instalar en el CERN de Ginebra. Si en el LHC no aparece nada nuevo más allá del Modelo Estándar, yo creo que nos veríamos en problemas para alcanzar el siguiente nivel de energía requerido y nadie sabría cuál sería el siguiente paso. Estamos en una situación especial donde todo funciona excepto que hoy sabemos que tiene que haber algo más, pero no sabemos exactamente qué es."
     Enrique Fernández es también líder del grupo español que construye un calorímetro para el detector ATLAS, uno de los más ambiciosos experimentos que se montarán en LHC. "Es muy importante darse cuenta de que el LHC va a tardar todavía unos siete u ocho años, no lo sabemos, y, claro, nosotros funcionamos dentro de una universidad y queremos tener estudiantes que hagan física. Además, nuestra participación en el detector anterior, LEP, fue muy fructífera y esto nos ha ayudado a abrirnos en varias direcciones, hacia la ciencia pura, en astrofísica de partículas, y hacia la ciencia aplicada, en este caso la medicina."
     El camino de la ciencia pura conduce a MAGIC, un telescopio gigantesco de 17 metros de diámetro que se está construyendo con fibra de carbono, de tal modo que soporte los vientos de las Islas Canarias y pueda girar con cierta rapidez. Está pensado para estudiar fuentes de rayos gamma, "no de la máxima energía", nos aclara Fernández, "como puede ser el objeto del Proyecto Pierre Auger que se hace en Argentina bajo la dirección del premio Nobel James W. Cronin, sino rayos de la mínima energía. En Sabadell estamos construyendo la cámara que irá instalada en el punto focal y recogerá la luz de dichos rayos gamma que se reflejará en los espejos que llenarán la parábola del telescopio. El otro proyecto es desarrollar una cámara digital de altísima resolución y muy baja emisión radiactiva que pueda utilizarse masivamente en mamografías. Ambos son proyectos de la comunidad europea".
     ¿Qué ideas no tienen aún asidero en la experimentación y, no obstante, desafían al Modelo Estándar? La supersimetría es la más referida por los físicos, seguida de la teoría de cuerdas y el esclarecimiento de los neutrinos. Sucede que la naturaleza de los cuantos de luz o fotones es muy distinta de las partículas que forman la materia ordinaria. Para los físicos es necesaria una simetría que unifique no sólo el electromagnetismo, las otras dos fuerzas fundamentales y la gravedad, sino la sustancia misma del universo: luz y materia. Para ello han inventado un grupo completo de otras partículas o "supercompañeras", idénticas excepto por una característica: la forma en que giran y exhiben su momento angular. Nadie ha detectado una de estas partículas supersimétricas.
     Es claro que las coincidencias y divergencias requieren de una descripción distinta cuando se encuentran más allá de cierta escala energética. Pero la doctora Belén Gavela, de la Universidad Autónoma de Madrid, nos advierte: "Me preocupa la religiosidad con que se aborda la supersimetría; y como hay pocos datos y a éstos se tarda mucho en llegar, los aspectos extracientíficos a veces pueden dominarnos. Lo que veo son modelos fenomenológicos que no me enseñan nada fundamental. Contienen tantos elementos de física atómica y nuclear que, al final, dejan de ser predictivos."
     Uno de los grandes protagonistas de la física española, Francisco Ynduráin, de la misma universidad, asegura que con la supersimetría "sucede lo mismo que con el cielo que proponía la ex Unión Soviética: en principio todo estaba bien, pero sólo en principio. La supersimetría es una teoría elegante… en principio, pues en realidad está basada en supuestos que no han sido comprobados experimentalmente. Para muchos de nosotros es mejor seguir arañando decimales dentro del sorprendente Modelo Estándar, a ver si en alguna nos encontramos con una sorpresa. Hay quienes van en busca de energías mayores. Nosotros vamos en busca de precisiones mayores".
     Apenas mejor librada sale la teoría de cuerdas, según la cual las partículas fundamentales no son puntos sino objetos unidimensionales, cuerdas que oscilan de diferentes maneras. Y unas cuerdas necesitan de supercuerdas para ser consistentes. Según De Rújula, "las supercuerdas, que en principio podrían explicarlo todo, en la práctica no han explicado nada. Pero representan una esperanza de unificar la gravedad con las otras interacciones".
     Si estamos en el inicio de una nueva revolución, salpicada de seis dimensiones microscópicas, de partículas supersimétricas y fantasmales neutrinos, o tal vez de branas, objetos inimaginablemente pequeños que se extienden en varias dimensiones, no lo sabemos aún. "Lo interesante para mí", dice el profesor Ynduráin, "no está en las cosas que hemos imaginado hasta ahora, sino en lo que puede haber y ni siquiera lo hemos intuido." ~